KR101175777B1 - 오일회수용 열교환판이 구비된 냉매증발기 및 이를 이용한 압축식냉동기 - Google Patents

Abstract

열교환판에 의한 오일회수구조가 설치된 냉매증발기 및 이를 이용한 스크류냉동기가 개시된다. 본 발명은 증발기 내에서 냉매와 섞여 분리가 힘든 오일을 냉각을 통한 석출농도차이와 그에 따른 비중차이를 이용하여 효과적으로 분리하여 회수하는 구조를 갖춘 것이 특징이다.
증발기(10)내에서 팽창밸브(30)와 인접한 위치에 방열판(21)이 결합되고, 증발기 바닥면 또는 냉매유출구(12)와 인접한 위치에 오일섬프(13)가 형성되며, 오일섬프(13)에 고인 오일을 압축기로 이송하는 오일회수관(14)과 고인 냉매를 냉매유입구(11)로 이송하는 냉매회수관(15)이 더 결합된다. 상기 오일섬프(13)의 하면에는 흡열판(22)이 구비되어 상기 흡열판(22)으로부터 흡수한 열을 상기 방열판(21)에 전달하는 오일회수용 열교환구조를 구성된다. 이때 상기 오일섬프(13)에는 상기 냉매와 상기 오일이 서로 이루는 경계면을 감지할 수 있는 유면계(24)와 그 감지정보에 따라 작동하는 제어밸브(25)가 더 결합될 수 있고 상기 방열판(21)과 상기 흡열판(22)은 관통하는 적어도 2개의 히트파이프(23)로 연결되어 서로 열교환하도록 구성된다. 본 발명에 따른 증발기 및 냉동기는 냉동기 운전 중 증발기 바닥부근 정체된 지점의 온도를 적극적으로 냉각시켜 고여있는 기액혼합상태의 냉매-오일 혼합물질에서 오일농도를 높여줄 수 있으므로 오일석출 속도가 매우 빨라 오일회수량이 현저히 증가되는 효과가 있다.

Description

오일회수용 열교환판이 구비된 냉매증발기 및 이를 이용한 압축식냉동기{Evaporator and Refrigerator that have oil separation mechanism by heat exchanging plates}

본 발명은 증발기 내에서 냉매와 섞여 분리가 힘든 오일을 국부적으로 냉각시켜 효과적으로 회수하는 구조를 갖춘 오일냉각용 판형열교환기와 이를 장착한 증발기 및 냉동기에 관한 것이다.

압축식냉동기란 냉동사이클의 압축과정에서 압축기를 이용한 냉동기를 말한다.

대표적인 냉매압축기의 하나인 스크류압축기는 밀폐케이싱 안에서 암수 2개의 나사모양으로 된 로터가 서로 맞물려 돌아가는 구조로 된 압축기로서, 왕복동식 압축기에 비해 마력당 압축량은 떨어지나 부품수가 적고 구조가 간단하며 냉매의 기액혼합 상태에 영향을 덜 받으므로 장치 파손이 적다는 특징이 있고 장시간 고부하 운전이 가능한 장점이 있다.

위와 같은 스크류압축기의 특성은 이를 이용한 스크류냉동기의 동작특성에 반영된다. 일반적으로 왕복동식 냉동기가 냉장고나 에어컨 등 저소음 소형 냉동기에 주로 쓰이는 반면 스크류냉동기는 클린룸이나 냉동창고와 같은 건물 냉난방장치나 각종 식품,공업제품 생산과정에 필요한 중형 냉동기로 많이 이용되고 있다.

스크류냉동기의 냉각사이클은 왕복동식 냉동기와 마찬가지로 냉매압축 -> 냉매응축 및 액화(방열) -> 교축팽창을 통한 냉매증발(흡열) -> 냉매재압축과 같이 전형적인 기화열 흡수를 이용한 냉각사이클로 이루어지며, 냉매로는 예컨대 HFC134a, 암모니아 등이 이용된다.

한편 스크류냉동기는 압축로터와 케이싱 등 냉매와 접촉하는 거의 모든 압축기 구성부품에 윤활 또는 밀봉을 위한 오일이 다량 도포된 상태에서 압축작용이 진행되므로 왕복동식과 비교할 때 냉매 순환과정에서 오일이 상대적으로 많이 섞이게 되는 것이 단점이다. 냉매에 섞인 오일은 냉매의 순도를 떨어뜨려 냉각효율을 저하시키고 또한 오일부족현상에 의해 압축기 고장의 주원인이 된다.

대표적으로 증발기 내부 열교환관에 오일이 누적 부착되어 오일막을 형성, 증발기의 열전도를 방해함으로써 전체적으로 냉각효율이 저하되는 문제와 압축기 내 오일량 감소와 오일온도상승에 따른 압축효율저하 문제가 있다.

그러므로 스크류냉동기를 비롯한 모든 기계적 압축에 의존한 압축식 냉동기는 필터, 드라이어, 기액분리기 등을 이용하여 다른 어떤 냉동기보다도 더 적극적으로 냉매순환과정에서 오일을 회수하여야 하며 미 회수된 오일로 인해 발생되는 여러가지 문제들을 방지해야 할 필요가 있다.

(1) 한국등록특허 10-0326583 스크류압축기용 오일세퍼레이터 (2) 한국등록특허 10-0690663 에어컨의 압축기 오일 분리장치 (3) 한국공개실용신안 실1999-009003 냉동싸이클장치의 증발기 (4) 한국등록특허 10-0193931 냉동 시스템의 저용량 작동을 위한 오일 회수 시스템 (5) 한국등록특허 10-0623052 원동력으로서 고온 오일을 이용한 냉동 시스템증발기로부터의 오일 회수

문헌(1)은 스크류냉동기에서 증발된 냉매를 재압축하는 압축기 이후에 배치되는 오일세퍼레이터의 하단부에 고이는 배출공을 설치하여 오일을 빼주는 것이며, 문헌(2)는 압축기에서 토출되는 압축냉매가스에서 다수의 슬롯형 분리판으로 오일을 회수하는 구성을 소개하고 있다. 문헌 (1),(2)의 구성은 기본적으로 응축기에 유입되는 오일량을 줄여주나 증발기 내부에 축적되는 오일을 제거해주지는 못한다.

문헌(3)은 가늘고 긴 증발관 내에서의 오일회수구조에 관한 것인데 긴 증발관 관로에서 몇 군데를 살짝 좁혀주어 벤튜리관처럼 만든 것으로써 단면적 축소로 냉매유속이 증가된 부분에서 관로내면에 잔류한 오일이 좀더 효과적으로 딸려나가도록 의도한 구조를 소개하고 있다. 그러나 이는 아주 가느다란 증발관이거나 증발된 냉매기체의 속도가 상당히 빠를 때에만 유효하므로 통상적인 쉘앤튜브식 증발기에 적용이 어렵다.

문헌(4)는 원통형의 증발기 내부에 오일이 흘러내릴 수 있는 경사면을 설치하여 냉매기체와 섞여 부유하는 오일입자를 효과적으로 걸러내기 위한 것이다. 그러나 증발기 내 냉매유출구 부근에서 냉매 흐름을 심하게 방해하는 단점이 있고 미소한 오일방울이 점차 커져서 흘러내리는 데에까지 시간이 소요되어 그 시간 동안 냉매기체가 다시 액화되어 오일방울과 되섞이는 약점이 있다.

문헌(5)는 증발기 하단의 냉매-오일 혼합물이 압축기 하단에 마련된 오일섬프(oil sump=오일팬)의 뜨거운 오일과 열교환하여 압축기에 투입되는 오일온도를 약간 더 낮춤과 동시에 냉매-오일 혼합물의 온도를 상승시켜 냉매의 기화를 유도하고 이를 통해 오일섬프에 떨어지는 혼합물에서 오일의 비율을 높이고 냉매의 비율을 줄이는 것이다. 문헌(5)는 본 발명과는 반대되는 냉매-오일 분리과정을 도입하고 있는 것으로 기화된 냉매가 압축기하단에 설치된 오일섬프를 지나서 압축기 흡입단 쪽으로 유입 가능하도록 압축기 오일순환 구조를 변경하여야만 실현 가능하다.

본 발명의 기술적 목표는 상기 소개한 문헌(1)~(5)의 기술적 한계를 극복하는 것으로서, 구체적으로는 상기 문헌(5)가 혼합물의 온도를 상승시켜 냉매의 증발에 의한 냉매-오일 혼합물의 분리를 촉진시키는 것인 반면 본 발명은 특정 공간에서 혼합물의 온도를 더욱 하강시켜 냉매-오일 혼합물의 용해도 저하현상을 이끌어내고 이를 통해 오일의 석출작용을 활발히 하여 냉매-오일 혼합물의 분리를 촉진시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 목표는 일단 냉매와 오일이 분리된 상태에서 국부적으로 낮은 온도를 지속시켜 양자의 비중차이에 의한 분리현상을 가속화하는 것이다.

통상적인 증발기에서 팽창밸브가 위치한 냉매유입구의 온도는 낮고 열교환이 끝난 냉매유출구의 온도는 높으며 오일회수용 오일섬프(sump, 웅덩이)는 통상 증발기 바닥, 다시 말해서 냉매유입구와 멀리 떨어진 부분에 근처에 설치된다.

이를 감안할 때 보통 오일섬프 부근에서 냉매-오일 혼합물은 팽창직후의 냉매-오일 혼합기체보다는 고온 상태이고 오일입자가 냉매기체에 부유하는 형태로 되어 있어 단시간 내에 순수한 오일만 액체상태로 고이기는 어렵다.

본 발명의 주된 원리는 오일섬프의 바닥면 온도를 국부적으로 낮추어 증발기 내 일부 공간에서 냉매-오일 혼합기체에서 오일의 액화석출(liquefied eduction)를 촉진하고 오일의 완전한 액화가 이루어지면 냉매-오일의 혼합물과 순수오일 사이의 비중 차이로 서로를 분리하여 순서에 따라 냉매 또는 오일만 선별적으로 회수하는 것이다. 예컨대 냉매 중 액체상태에서 비중이 0.58 정도로 오일비중(0.8~0.9) 보다 낮은 암모니아의 경우에는 무거운 오일이 먼저 가라앉으므로 쉽게 오일만 빼낼 수 있다. 그 다음 오일섬프 바닥면 냉각을 멈추면 액화된 냉매는 다시 기화하여 증발기 내에서 정상적으로 흡열작용을 마치고 냉매유출구를 통해 빠져나갈 수 있다.

한편 HFC134a와 같이 액체상태에서 비중이 1.2 정도로 오일비중(0.8~0.9) 보다 높은 냉매의 경우에는 순수오일이 먼저 뜨게 되므로 이를 유면계를 통해 확인하고 제어밸브로 (직전 상태보다 냉매의 비율이 높은)냉매-오일 혼합액만 먼저 회수하여 다시 팽창밸브를 거쳐 재차 기화시킬 수 있으며, 이후 혼합액 위에 떠있던 오일액은 역시 쉽게 빼낼 수 있다.

이를 위해 상술한 유면계와 제어밸브, 냉매와 오일을 각각 회수하는 회수관이 필요하며 가장 핵심적인 수단으로써 오일섬프바닥면 냉각장치, 다시 말해 증발기 하단 오일섬프 바닥면의 열을 뽑아내어 온도가 가장 낮은 증발기 상단 냉매유입구쪽으로 전달하는 판형열교환기가 추가로 요구된다.

본 발명에 적용되는 판형열교환기는 열교환 유체가 대향류로 통과하는 통상적인 다판적층식 열교환기는 아니며, 증발기 내부의 열교환관 배치공간을 침범하지 않고 냉매기체의 유동도 방해하지 않도록 1개~십수개의 평판형 또는 곡판형 흡열판과 1~2개의 평판형 방열판을 갖추고 그 사이를 고성능 열교환관, 바람직하게는 히트파이프로 연결한 것이며 구조적으로 히트파이프와 다수의 방열판(본 발명에서는 흡열판에 해당)을 결합한 반도체칩 냉각 장치와 일견 유사하다고 할 수 있다.

본 발명에서 히트파이프의 배치경로는 열교환관을 피해 증발기 내부를 직선으로 관통하도록 배치되거나 또는 증발기 외벽을 타고 둘레로 배치되도록 할 수 있다.

흡열판은 팽창밸브를 거쳐 기화된 냉매와 인접하도록 다판 적층식으로 배치될 수 있으며 방열판은 증발기 하단 오일섬프의 바닥면에 단판 또는 2~3판 적층식으로 부착 배치될 수 있다. 흡열판과 방열판의, 내부에는 히트파이프에 주입되는 것과 동일한 열전달물질(또는 냉매)이 주입되어 연결용 히트파이프와 서로 연통되도록 구성될 수 있다.

위와 같은 열교환 구조에 의해 증발기의 냉매유입구 부분(팽창직후 냉매 분배공간)에서 약간의 온도상승에 의한 냉각효율 저하와 증발기 바닥면 부분에서 불필요한 온도하강에 의한 냉각에너지 손실이 있을 수 있다. 그러나 손실된 냉각에너지는 저온의 오일이 압축기 흡입단 쪽으로 회수되면서 압축기 내부의 오일냉각에 유익한 효과를 미치며, 팽창밸브쪽으로 되돌아가 재차 기화되면서 냉각을 수행하는 냉매 재팽창에 의한 에너지 손실 보상과정이 더해지므로 결과적으로는 거의 손실이 없게 된다.

본 발명은 냉동기운전 중 증발기 내부의 오일 축적을 적극적으로 막아주므로 냉동효율이 원활하게 유지되고, 증발기 바닥부근 정체된 지점의 온도를 적극적으로 냉각시킬 수 있다. 따라서 고여있는 기액혼합상태의 냉매-오일 혼합물질에서 오일의 농도를 급속히 높여 선별적으로 회수하는 속도가 매우 빨라 오일회수량을 현저히 증가시킬 수 있으므로 오일부족으로 인한 압축기의 고장을 효과적으로 막아준다.

또한 증발기 하단에 고인 오일을 인위적으로 배출시키기 위해 냉동기의 운전을 멈출 필요가 없고, 증발기 내벽에 오일이 축적되는 현상이 현저히 지연되므로 냉매의 교환주기와 수명을 늘릴 수 있다. 또한 회수과정에서 매우 저온의 상태로 냉각된 오일은 순도가 높아 별도의 여과를 거치지 않고 압축기 쪽 오일섬프로 직접 공급가능하며 압축기에 유입되는 오일의 온도를 효과적으로 낮춰주므로 오일쿨러의 부하를 줄여주는 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 스크류 냉동기의 구조를 간단히 도시한 그림.
도 2는 본 발명이 적용되는 냉동기의 냉각사이클 회로도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기의 3면도
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 증발기의 3면도
도 5는 본 발명에 따른 증발기의 오일섬프 부분 확대단면도

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래의 실시예에서 특정 전문용어를 포함한 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예가 구현될 수 있는 통상적인 수냉식 스크류냉동기의 전체적인 구조를 알 수 있는 외형 사진이다. 참고로 본 발명은 증발기 하단이 냉매액으로 차 있는 반만액식 증발기나 만액식 증발기에 최적하지는 않으며 기본적으로 증발기 내부공간 거의 전체가 냉매기체로 차 있는 건식 증발기에 가장 적합하다. 이후 설명은 건식증발기를 중심으로 하여 기술한다.

도 1에 도시된 스크류냉동기를 간단히 설명하면, 아래쪽에는 냉수관이 관통하는 증발기(10)가 배치되며, 증발기의 위쪽에는 두 개의 twin 스크류압축기(40)가 배치되고 압축기 아래 증발기 뒤편(보이지 않음)에는 응축기(50)가 배치되어 있다. 압축기에서 압축된 냉매는 증발기 뒤편의 응축기(50)와 수액기를 거쳐 응축되고(이 과정에서 냉각수로 냉각된다.) 증발기 아래쪽 냉매유입구(11)를 거쳐 팽창밸브(30)에서 급속 팽창되면서 기화된다. 기화된 냉매는 증발기에 다수 삽입된 열교환관으로부터 열을 흡수하여 데워진 다음, 냉매유출구(12)를 통해 재차 압축기의 로터케이싱 쪽으로 유입된다. 케이싱 내부의 로터는 그 옆에 배치된 모터로 구동하며 가운데 배치된 제어판으로 전반적인 운전상태를 관찰, 제어할 수 있다.

도 2는 통상적인 냉동기의 냉각사이클 및 오일사이클에 본 발명을 추가 적용하여 도시한 것이다. 상기 도 1 및 배경기술에서 기술한 바와 같이 냉매압축, 냉매응축, 교축팽창을 통한 냉매증발, 냉매재압축의 과정으로 이루어진 압축식 냉동사이클과 전반적으로 유사하다. 종래기술과 겹치는 오일 순환라인은 유 분리기를 거쳐 오일탱크에 일단 저장된 다음 필터를 거쳐 압축기에 직접 유입되며 압축기는 이를 흡입하여 로터와 케이싱 등 오일의 밀봉, 윤활작용이 필요한 곳에 골고루 분배한다.

한편 본 발명의 구성에 따라 회수되는 오일(또는 오일의 농도가 매우 높은 냉매-오일 혼합물)은 수분제거를 위해 드라이어를 거친 다음 압축기 흡입단 쪽으로 유입되어 냉매기체와 섞이면서 압축기의 로터와 케이싱 등에 윤활작용을 수행한다. 압축기의 흡입단은 마이너스 압력이므로 회수되는 오일은 별다른 어려움 없이 원활하게 압축기 쪽으로 유입될 수 있다.

도 3,4는 본 발명에 따른 증발기의 구조를 나타낸 것이다.

냉매-오일 혼합액이 모여지는 오일섬프(13)는 증발기(10)의 바닥면 또는 압축기(40)에 연결되는 냉매유출구(12)와 인접한 위치에 형성된다. 본 실시예에서는 위쪽에 위치한 냉매유출구(12)가 아닌 증발기 바닥면, 더욱 상세하게 혼합물의 포집능력을 극대화하기 위하여 증발기의 최저 바닥면보다 더 낮은 위치에 오일섬프(13)를 형성시켰다.

오일섬프(13)와 증발기(10) 사이에는 고인 오일 또는 냉매-오일 혼합액을 상기 압축기로 이송하는 오일회수관(14)이 더 결합되고, 마찬가지로 오일섬프(13)에 고인 냉매 또는 상기 냉매와 오일이 혼합된 혼합액을 상기 냉매유입구(11)로 이송하는 냉매회수관(15)도 더 결합된다.

한편 오일섬프(13)의 하면에는 상기 오일회수관(14)이 연결되는 오일회수구(16)가 형성되되 상기 오일회수관(14)은 아래에 추가 설명할 흡열판(22)을 관통하여 상기 오일회수구(16)와 연결되는 것이 냉매-오일 혼합액의 냉각효과 극대화에 바람직하다.

본 발명에서는 오일섬프(13)에 고이는 물질을 오일 아니면 냉매 중 어느 하나의 액체로 특정하지 않고 단지 혼합액 또는 혼합물로 정의하고 있다. 그 이유로는 증발기 내에서 한번 기화된 냉매는 별도의 흡열작용 없이 자체적으로 다시 액화시키기는 어려우므로 오일섬프에서 액화되는 물질은 대부분 성분이 오일로 구성된 혼합물로 볼 수 있기 때문이다. 더구나 상기 혼합액 또는 혼합물은 냉매의 액화에 의한 것이 아니라 혼합물의 온도가 낮아짐에 따라 용질의 용해도 저하에 의해 석출작용이 활성화된 오일입자 성장의 결과로 볼 수 있다. 결국 오일섬프에 액상으로 고인 물질은 오일의 농도가 크게 증가된 혼합물일 확률이 높다. 물론 이 정도의 순도만으로도 압축기로 즉시 회수시키기에는 전혀 무리가 없으며, 장기간 운전 후 저절로 고이게 되는 오일의 회수량과는 비교할 수 없다. 이하에 기재되는 본 발명의 청구항에서는 냉매의 비율이 높은 (액화된) 냉매까지도 냉매회수관(15)으로 회수하여 재팽창 시킬 수 있는 것으로 기술되는데, 이는 경우에 따라 팽창밸브 직후 증발기 냉매유입구(11) 근처 기화된 직후의 냉매 온도가 냉매 끓는점 온도보다 더 낮을 수도 있다는 다소 희귀한 설계조건까지 고려한 것이며, 상기 설계조건은 결코 불가능한 것은 아니므로 이하에 기술되는 본 발명의 청구범위가 본 발명의 상세한 설명에 뒷받침되지 않는 것은 아니다.

오일섬프(13)의 하면, 구체적으로 바닥면을 국부적으로 냉각시키는 본 발명 특유의 판형열교환기 구조를 설명한다. 여기서 오일섬프(13)의 하면이라 함은 내측 바닥면이나 외측 바닥면일 수 있으며 열교환관(히트파이프(23))의 배치가 증발기 내부를 관통할 경우 내측 바닥면, 열교환관이 증발기 외부를 둘러서 배치될 경우 외측 바닥면이 적합하다. 상기 내외측 바닥면 즉 오일섬프 하면에는 흡열판(22)이 구비되어 이로부터 흡수한 열을 상기 방열판(21)에 전달하는 오일회수용 열교환구조가 구성된다. 방열판(21)과 흡열판(22)은 상기 증발기를 좌우에서 둘러싸거나 또는 상기 증발기 내부를 관통하는 적어도 2개의 히트파이프(23)로 연결되어 서로 열교환하도록 구성될 수 있다.

오일섬프(13)의 열을 빼내는 방열판(21)은 증발기(10) 내부에서 팽창밸브(30)와 인접한 위치에 배치되는데 그 이유는 냉매가 팽창밸브를 거쳐 막 기화된 상태여서 주위의 열교환관으로부터 열을 흡수하지 않은 상태여서 이 부근의 온도가 가장 낮기 때문이다.

도 5는 본 발명에 따른 증발기의 오일섬프부 측면확대도를 나타낸 것이다. 앞서 과제의 해결수단에서 설명한 바와 같이 암모니아는 오일보다 비중이 작다. 따라서 냉매-오일 혼합물은 석출되는 오일 위로 떠오르게 된다. 반대로 HFC-134a는 오일보다 비중이 커서 냉매-오일 혼합물은 오일 밑으로 가라앉는다. 이를 유면계로 확인하여 제어밸브에 의해 시차를 두고 정확히 빼내서 각각 정해진 곳(혼합물은 냉매회수관, 오일은 오일회수관)으로 이송한다.

이 과정을 돕기 위해 상기 오일섬프(13)에는 상기 냉매와 상기 오일이 서로 이루는 경계면을 정밀하게 자동 감지할 수 있는 유면계(24)가 더 설치되며, 오일회수관(14)과 냉매회수관(15)에는 각각 상기 유면계(24)의 감지정보에 따라 작동하는 적어도 하나의 제어밸브(25)가 더 결합된다. 하나의 제어밸브로 시차를 두고 두 개의 관로를 개폐할 수도 있고, 두 개의 제어밸브가 각각의 관로에 배치되어 독립적으로 작동할 수도 있다. 이 부분은 증발기의 타입과 사용되는 냉매와 오일의 종류에 적절히 조절한다.

오일섬프 바닥면이 가장 낮은 온도를 나타내는 팽창밸브쪽의 온도에 근접하도록 흡열판과 방열판 및 히트파이프의 열전달 능력을 조절한다. 예컨대 많이 쓰여지는 암모니아의 끓는점은 -33℃ 정도이고 HFC-134a는 -26℃ 정도이다. 냉매의 기화(증발)직후의 온도가 상기 끓는점보다 낮다면 오일섬프 바닥면에서 혼합물의 완전한 액화를 유도할 수 있다. 그러나 보통 기화된 직후 온도는 상기 끓는점보다 높다 따라서 냉매는 다시 액화되기 어렵고 혼합물에 함유된 오일입자의 온도를 크게 낮추어 액화석출이 빨라지도록 의도한다. 따라서 주어진 조건에서 최대한 낮은 온도까지 오일섬프의 하면이 냉각되도록 판형 열교환기를 설계 한다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 및 간단 확장 사례를 구현할 수도 있으나, 이 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

본 발명은 가장 전형적인 쉘앤튜브방식의 건식(dry type) 증발기를 대상으로 하고 있으나 필요에 따라 흡열판과 오일섬프, 오일회수구와 냉매회수구의 위치를 적절히 변경하여 설계한다면 반만액식(semi flooded) 또는 만액식(flooded) 증발기에서도 국부적 과냉각에 의한 제한된 석출이나 혼합물과 원액 사이의 미소한 비중차이 유도에 의해 오일의 선별회수 속도를 향상시키는 것이 가능하다.

10: 증발기
11: 냉매유입구
12: 냉매유출구
13: 오일섬프
14: 오일회수관
15: 냉매회수관
16: 오일회수구
17: 냉매회수구
18: 냉매분배장치
21: 방열판
22: 흡열판
23: 히트파이프
24: 유면계
25: 제어밸브
30: 팽창밸브
40: 압축기
50: 응축기

Claims (5)

1. 냉매압축, 냉매응축, 교축팽창을 통한 냉매증발, 냉매재압축의 과정으로 이루어진 냉각사이클을 갖는 냉동기에 적용되는 증발기(10)에 있어서,
   상기 증발기(10) 내부에서 팽창밸브(30)와 인접한 위치에 방열판(21)이 배치되고,
   상기 증발기(10) 바닥면 또는 냉매유출구(12)와 인접한 위치에 오일섬프(13)가 형성되며,
   상기 오일섬프(13)에 고인 오일 또는 냉매-오일 혼합액을 압축기로 이송하는 오일회수관(14)이 더 결합되고,
   상기 오일섬프(13)의 하면에 흡열판(22)이 배치되어 상기 흡열판(22)으로부터 흡수한 열을 상기 방열판(21)에 전달하는 오일회수용 열교환구조를 구성한 것을 특징으로 하는 증발기(10).
2. 제1항에 있어서,
   상기 오일섬프(13)는 상기 증발기(10)의 최저 바닥면보다 더 낮은 위치에 형성되고,
   상기 오일섬프(13)의 하면에는 상기 오일회수관(14)이 연결되는 오일회수구(16)가 형성되되 상기 오일회수관(14)은 상기 흡열판(22)을 관통하여 상기 오일회수구(16)와 연결되는 것을 특징으로 하는 증발기(10).
3. 제2항에 있어서,
   상기 증발기(10)에는 상기 오일섬프(13)에 고인 냉매 또는 상기 냉매와 오일이 혼합된 혼합액을 냉매유입구(11)로 이송하는 냉매회수관(15)이 더 결합되고,
   상기 오일섬프(13)에는 상기 냉매와 상기 오일이 서로 이루는 경계면을 감지할 수 있는 유면계(24)가 더 설치되며,
   상기 오일회수관(14)과 상기 냉매회수관(15)에는 각각 상기 유면계(24)의 감지정보에 따라 작동하는 제어밸브(25)가 더 결합되는 것을 특징으로 하는 증발기(10).
4. 제3항에 있어서,
   상기 방열판(21)과 상기 흡열판(22)은 상기 증발기를 좌우에서 둘러싸거나 또는 상기 증발기 내부를 관통하는 적어도 2개의 히트파이프(23)로 연결되어 서로 열교환하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 증발기(10).
5. 제1항에 기재된 증발기(10)를 포함하여 구성되는 냉매압축식 냉동기.

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